Слободчук В.И., Лескин С.Т., Шелегов А.С., Кашин Д.Ю. Основные системы энергоблока с реактором РБМК-1000
.pdfМинимальное время от возникновения ситуации до формирования сигнала АЗ составляет 1–2 с. Активная часть системы имеет бесперебойное электроснабжение.
Пассивная часть системы защиты РП от недопустимого повышения давления состоит из трубопроводов и оборудования, необходимого для обеспечения условий нормальной эксплуатации реакторного пространства и отвода парогазовой смеси из РП при возникновении аварийной ситуации. В качестве конденсационного устройства используется бассейн-барботер.
После модернизации система защиты реакторного пространства имеет следующую конфигурацию (рис. 7.1). Сверху к реакторному пространству подведены четыре трубопровода Ду 300 и один Ду 600. Снизу к РП – четыре трубопровода Ду 300, которые попарно объединены в два трубопровода Ду 400, а далее – в трубопровод Ду 600. Этот трубопровод имеет гидрозатворную петлю высотой 28,8 м, исключающую опрессовку РП и заброс воды из бассейнабарботера при повышении давления в нем выше 0,25 МПа (2,5 кгс/см2) при авариях с разрывом трубопроводов КМПЦ. Концы трубопроводов Ду 600 от верха и низа РП заведены под уровень воды в выгородке бассейна-барботера на глубину 2 м.
На паросбросных трубопроводах, идущих вверх из реакторного пространства, установлены предохранительные устройства (ПУ), настроенные на срабатывание при давлении 0,18–0,2 МПа (1,8– 2 кгс/см2). Они связывают объем реакторного пространства с окружающей средой. Все предохранительные устройства смонтированы на вертикальных патрубках Ду 450, соединяющихся с подводящими трубопроводами с помощью специальных переходников. Все горизонтальные участки трубопроводов и все предохранительные устройства располагаются на крыше помещений барабановсепараторов.
В условиях нормальной эксплуатации реактора система находится в режиме дежурства (ожидания). Нарушение условий нормальной эксплуатации реакторной установки приводит к введению в действие в первую очередь активной части системы. При повышении давления в РП на 0,0075 МПа формируется сигнал на срабатывание АЗ. Через 1–2 с стержни СУЗ начинают вводиться в активную зону, и реактор переводится в подкритическое состояние.
31
Рис. 7.1. Схема системы защиты реакторного пространства от превышения давления (ПУ – предохранительное устройство, Ду 450)
В случае дальнейшего повышения давления в РП до 0,02 МПа образующаяся при разрыве технологического канала парогазовая смесь может выбрасываться в трубопроводы системы парогазовых сбросов и через гидрозатворы поступать в бассейн-барботер. Здесь пар конденсируется, а неконденсирующиеся газы поступают в воздушное пространство бассейна-барботера и удаляются системой спецвентиляции. При повышении давления в РП до 0,18–0,2 МПа
32
(избыт.) произойдет срабатывание предохранительных устройств и выброс парогазовой смеси в атмосферу.
8. Трубопроводы острого пара
Система паропроводов свежего (острого) пара предназначена для транспортировки насыщенного пара от барабанов-сепараторов к цилиндру высокого давления (ЦВД) турбины.
Схема паропроводов острого пара энергоблока РБМК-1000 представлена на рис. 8.1. Паропроводы острого пара обеспечивают подачу сухого насыщенного пара давлением 6,8 МПа (69,5 кгс/см2) к цилиндрам высокого давления турбин.
Пар от БС отводится по четырнадцати пароотводящим трубам в два паровых коллектора, которые объединяются в один главный паропровод Ду 600, и далее пар по четырем паропроводам Ду 600
направляется к турбинам и другим потребителям.
Таким образом, в тепловой схеме блока с реактором РБМК-1000 применены четыре нитки главных паропроводов из стали 20, диаметром 630×25 мм. Для выравнивания давления в БС по сторонам КМПЦ они объединяются общим паропроводом БРУ – ТК, клапанами БРУ – Д и БРУ – К.
Трассировка главных паропроводов в трубных коридорах блока имеет компенсаторы температурных расширений. Главные паропроводы работают часто в условиях переменных температур (разогрев, расхолаживание), и, если не обеспечить свободного перемещения, могут возникнуть дополнительные напряжения, трещины или разрушения в местах напряжений металла.
Схемой (см. рис. 8.1) предусмотрено три байпасных системы приема пара, а именно:
1. Для сброса пара в конденсаторы турбин предусмотрено четыре быстродействующих редукционных установки (БРУ–К). Они используются при аварийных отключениях турбогенератора, а также служат для приема пара при пусках и расхолаживании блока. На каждую пару паропроводов перед главной паровой задвижкой установлено по два БРУ–К (всего 4 шт.) для сброса 50 % общего расхода пара (2950 т/ч). В БРУ-К применено 3-ступенчатое дросселирование и охлаждение пара в паросбросном устройстве (ПСУ)
33
путем впрыска основного конденсата. Снижение давления и температуры пара проводятся последовательно: сначала снижается давление в клапане с электроприводом до 3 МПа (30 кг/см2), затем ступенчато за клапаном в диффузорном дросселирующем устройстве с увеличением проходного сечения трубы и последняя ступень – в дроссельной решетке с ПСУ перед входом в конденсатор над трубным пучком. Пропускная способность каждой БРУ-К составляет 725 т/ч.
Открытие БРУ-К происходит при давлении 7,11 МПа
(72,5 кгс/см2).
2. Предусмотрено две быстродействующие редукционные установки сброса пара в технологический конденсатор (БРУ–ТК) и два технологических конденсатора (ТК) для приема небольших количеств пара (200 т/ч) при разогреве блока и выводе реактора на МКУ при отсутствии вакуума в конденсаторе. Или при останове блока в ремонт и окончательном расхолаживании КМПЦ с параметрами PБС < 1,18 МПа (12 кг/см2) и Т = 180 ºС. Пропускная способность каждой БРУ-ТК составляет 100 т/ч.
3.Восемь главных предохранительных клапанов (ГПК) с пропускной способностью 350 т/ч каждый. На каждом паропроводе Ду 600 расположены два главных предохранительных клапана. Срабатывание ГПК происходит от импульсных клапанов по группам, которые имеют свои уставки срабатывания:
1 гр. – 7,36 МПа (75 кгс/см2) – 2 ГПК; 2 гр. – 7,46 МПа (76 кгс/см2) – 4 ГПК; 3 гр. – 7,55 МПа (77 кгс/см2) – 2 ГПК.
На двух паропроводах, подводящих пар к турбинам, установлены четыре клапана БРУ-Д, предназначенных для подачи пара в паропровод собственных нужд блока диаметром 530×8 мм. Потребителями пара БРУ-Д являются: основные эжекторы, испарительная установка, деаэраторы, бойлеры теплофикационной установки, СВО-4. Пропускная способность каждой БРУ-Д составляет 100 т/ч.
34
Рис. 8.1. Схема паропроводов острого пара блока РБМК-1000
35
9. Конденсационная установка
Как известно, на АЭС реализуется цикл Ренкина, предполагающий конденсацию всего отработавшего в турбине пара. Одним из способов повышения термодинамического КПД цикла является снижение конечной температуры рабочего тела, т.е. температуры отвода тепла к «холодному» источнику. Для замыкания рабочего цикла, т.е. для конденсации пара после турбины используется конденсатор. Конденсатор и обслуживающие его устройства называются конденсационной установкой. Основными задачами конденсационной установки являются установление и поддержание вакуума на выхлопе турбины, полная конденсация отработавшего пара и возврат чистого конденсата в цикл. Кроме того, конденсатор выполняет ряд дополнительных функций, а именно:
создание определенного запаса конденсата для устойчивой работы конденсатного насоса;
сбор и утилизацию низкопотенциальных потоков пара и воды из тепловой схемы турбоустановки;
деаэрацию, т.е. удаление растворенных газов (СО2 и О2) из конденсата;
прием пара из паросбросных устройств турбины при пусках, остановах и сбросах нагрузки.
Принципиальная схема конденсационной установки представлена на рис. 9.1.
Охлаждение отработавшего в цикле паротурбинной установки пара, как правило, осуществляется водой. Вода может соприкасаться с паром непосредственно или же через теплопроводную стенку. По этому признаку все существующие конденсаторы можно разделить на две основные группы:
1.Смешивающие конденсаторы.
2.Поверхностные конденсаторы.
Всмешивающих конденсаторах отработавший пар приходит в непосредственное соприкосновение с охлаждающей водой.
Вповерхностных конденсаторах пар всегда омывает трубки снаружи, а вода – изнутри. Поверхность охлаждающих трубок делит конденсатор на две части: паровое пространство и водяное пространство. На АЭС применяются поверхностные конденсаторы.
36
Рис. 9.1. Принципиальная схема конденсационной установки:
1 – конденсатор, 2 – отсос неконденсирующихся газов из конденсатора, 3 – эжектор основной, 4 – рабочий пар на эжектор, 5 – конденсатный насос, 6 – циркуляционный насос охлаждающей воды
Поступающий в конденсатор пар при соприкосновении с холодной поверхностью (охлаждаемой циркуляционной водой) будет конденсироваться. Если поверхность трубного пучка достаточно велика и охлаждающая вода поступает непрерывно в достаточном количестве, то будет происходить полная конденсация поступающего пара. Для непрерывной конденсации пара необходимо непрерывное удаление образующегося конденсата, что осуществляется конденсатными насосами.
В конденсатор поступает не только влажный пар из последних ступеней турбины, но и воздух через неплотности в соединениях корпуса конденсатора с выхлопным патрубком турбины, а также через линии отборного пара и конденсата, находящиеся под разрежением. Для одноконтурных станций необходимо иметь в виду поступление с паром определенного количества продуктов радиолиза, а также радиоактивных благородных газов, проникающих в теплоноситель через неплотности в оболочках твэлов.
Поступление в конденсатор неконденсирующихся газов приводит к увеличению давления в конденсаторе и ухудшению вакуума, уменьшению коэффициента теплоотдачи при конденсации пара, а
37
также к интенсификации коррозионных процессов. Удаление неконденсирующихся газов из конденсатора осуществляется пароструйными эжекторами.
Эжекторы вместе с неконденсирующимся газом забирают и часть пара из конденсатора, что может привести к потере конденсата. Для уменьшения захвата пара вместе с неконденсирующимся газом место отсоса газов следует выбирать в области завершения конденсации пара в конденсаторе. Выбор этого места зависит от направления потока пара в конденсаторе. Различают конденсаторы с нисходящим, центральным, боковым и восходящим потоками пара. На рис. 9.2 также указано место наиболее оптимального отсоса неконденсирующихся газов.
Рис. 9.2. Основные схемы поверхностных конденсаторов: а)– с нисходящим потоком; б) с центральным потоком; в) с боковым потоком; г)с восходящим потоком
38
Конденсаторы мощных турбин имеют очень большие размеры. Корпус конденсатора имеет прямоугольную форму. Расположение конденсатора может быть подвальным (конденсатор располагается под турбиной) или боковым (конденсаторы располагаются сбоку турбины).
Кроме работы конденсаторов в режиме приема пара из турбины предусматривается сброс пара в конденсатор в обход турбины через быстродействующую редукционную установку (БРУ-К). Сброс пара после БРУ-К осуществляется в паровое пространство переходного патрубка (от турбины к конденсатору). Перед этим патрубком пар после БРУ-К увлажняется за счет впрыска конденсата и проходит через систему дросселей. В них давление пара срабатывается до вакуума в конденсаторе. Система увлажнения и дросселирования располагается вне переходного патрубка, но поставляется вместе с конденсатором. Схема конденсатора представлена на рис. 9.3. Схема паросбросного устройства (ПСУ) представлена на рис. 9.4.
Рис. 9.3. Схема конденсатора
39
Рис. 9.4. Схема паросбросного устройства (ПСУ)
Принцип работы пароструйного эжектора. Схема односту-
пенчатого эжектора представлена на рис. 9.5. Пароструйный эжектор – это струйный насос, в котором рабочим телом является пар с давлением 0,4–0,7 МПа. В комбинированном сопле рабочий пар расширяется до сверхзвуковой скорости – на выходе из сопла скорость пара более 1000 м/с. Одновременно понижается давление рабочего пара. Обычно на выходе из сопла создается давление на 1–2 мм. рт. ст. ниже, чем в паровом пространстве конденсатора.
Вкамере смешения струя пара, выходящая из сопла со сверхзвуковой скоростью, подсасывает (эжектирует) паровоздушную смесь и перемешивается с ней. В результате образуется смесь рабочего пара и паровоздушной смеси.
Вдиффузоре (расширяющийся канал) давление смеси пара и воздуха поднимается до состояния несколько выше атмосферного.
Для сокращения потерь пара и теплоты (с выбрасываемым в атмосферу паром) пароструйный эжектор может снабжаться специальным теплообменником – холодильником эжектора. В холодильнике паровоздушная смесь соприкасается с холодной поверхностью трубного пучка; пар конденсируется и в виде дренажа (воды) возвращается в схему станции; воздух (неконденсирующиеся газы) выбрасывается в атмосферу.
Одноступенчатый паровой эжектор является очень простым устройством, но его КПД мал, так как в одном диффузоре необходимо повысить давление смеси, поступающей из конденсатора, от 0,003–0,005 МПа (0,03–0,05 кгс/см2) до давления несколько выше атмосферного (см. рис. 9.5). Поэтому для создания в конденсаторе глубокого вакуума применяются многоступенчатые паровые эжекторы – с двумя или тремя ступенями сжатия (рис. 9.6, 9.7).
40